CC BY
55
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ
АККУМУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛА В СИСТЕМАХ СОЛНЕЧНОГО
ОТОПЛЕНИЯ
Дашеев С.С.1, Малышев Е.А.2 Email: Dasheev653@scientifictext.ru
'Дашеев Сергей Сергеевич — магистр;
2Малышев Евгений Анатольевич — доктор экономических наук, профессор, кафедра экономики и бухгалтерского учета, Забайкальский государственный университет, г. Чита
Аннотация: рассмотренная тематика в данной статье раскрывает механизмы аккумулирования тепла в солнечных батареях. Произведена классификация тепловых аккумуляторов Раскрыт принцип работы аккумуляторов тепла в системах солнечного отопления. Приведены формулы и рассчитаны коэффициенты теплоемкости в системах солнечного отопления. Выделены энергоемкие материалы для производства аккумуляторов тепла. Показаны преимущества и недостатки систем солнечного отопления. Ключевые слова: солнечная энергия, энергетика, окружающая среда, тепло, аккумулирование.
ACCUMULATION OF HEAT IN SOLAR HEATING SYSTEMS Dasheev S.S.1, Malyshev E.A.2
'Dasheev Sergei Sergeevich — Master;
2Malyshev Evgeniy Anatolyevich — Doctor of Economics, Professor, DEPARTMENT OF Economics AND ACCOUNTING, TRANSBAIKAL STATE UNIVERSITY, CHITA
Abstract: the topic considered in this article also reveals the mechanisms of incoming heat accumulation in solar coefficient batteries application. The classification of heat accumulators is made. The principle of operation of heat accumulators in solar heating systems is disclosed. The formulas are given and the heat capacity coefficients in solar heating systems are calculated. Energy-intensive materials for the production of heat accumulators were identified. The advantages and disadvantages of solar heating systems are shown. Keywords: solar energy, energy, environment, heat, accumulation.
УДК620 (075.8)
Важнейшим фактором повышения эффективности и надежности систем солнечного отопления (ССО) является применение аккумулятора тепла (АТ). Необходимость аккумулирования тепла в гелиосистемах обусловлена несоответствием во времени и по количественным показателям поступления солнечной радиации и теплопотребления.
Аккумуляторы тепла можно классифицировать по характеру процессов, протекающих в теплоаккумулирующем материале: аккумуляторы ёмкостного типа, в которых используется теплоемкость нагреваемого (охлаждаемого) аккумулирующего материала без изменения его агрегатного состояния; аккумуляторы фазового перехода вещества, в которых используется теплота плавления (затвердевания) вещества (эвтетические соли).
Наибольшее применение получили АТ ёмкостного типа. В качестве теплоаккумулирующего материала в пассивных ССО используются бетон, камень, кирпич, вода; в активных ССО — галька, вода.
В пассивных ССО солнечная радиация поглощается элементами здания и сохраняется в виде тепловой массы[1, с 14-15]. Затем это тепло излучается внутрь здания. Тепловая масса интегрируется в пассивную ССО различными способами: стены, пол, перегородки, емкости с водой и др. Если большая часть окон обращена на юг, но при этом нет запаса тепловой массы, то такой дом не будет энергоэффективным.
Обеспечение тепловой массы — обычно самая трудная задача для проектирования пассивных ССО. Удельная масса и объём теплоаккумулирующих элементов, отнесенных на 1 м2 площади остекленных поверхностей, ориентированных на юг, определяется в зависимости от доли f (%) солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки на отопление[2] :
| 49 | ВЕСТНИК НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ № 17(53). Часть 1. 2018.
так = Cm f; VaK = CV f;
где так и VaK — масса и объём теплоаккумулирующего материала;
Cm и CV — коэффициент удельной массы и объёма теплоаккумулирующего материала; f— коэффициент замещения.
Коэффициенты Cm и CV определяются видом теплоаккумулирующего материала. Например, для ёмкости с водой Cm=3 кг / (% м2) и CV=0,003 м3 / (% м2); для бетона или каменной стены (пола) Cm=15 кг / (% м2) и CV=0,0075 м3 / (% м2).
Значение f практически соответствует процентному снижению расхода теплоты от обычного топливного источника. Если требуется снизить теплопотребление здания на 40% (f=40%), необходимая масса и объём водяного АТ составляет так=120 кг / м2 и Vaк=0,12 м3 / м2; бетонной стены (пола) соответственно - 600 кг / м2 и 0,3 м3 / м2. При f=10...80% удельный
объем Vaк, отнесенный к 1 м2 солнцеулавливающих поверхностей южного фасада, равен для емкостей с водой 0,03.0,24 м3 / м2; для бетона стены (пола) 0,08.0,6 м3 / м2. При одинаковой энергоёмкости бетонной АТ требует в 3 раза больше объёма, чем объём водяного бака.
В качестве теплоаккумулирующего материала наибольшее применение получили галечные насадки и водяные ёмкости. Галечные АТ применяются в основном в воздушных ССО. Гравийные насадки конструктивно можно компоновать в объёмах различной формы, в вертикальных и горизонтальных массивах, дают большие поверхности теплообмена. Основным недостатком гравийных насадок является низкая теплоёмкость, что требует использование больших объёмов АТ для обеспечения необходимой энергоемкости.
Из всех применяемых теплоаккумулирующих материалов вода обладает наибольшей теплоёмкостью. В водяных аккумуляторах традиционно используются емкости в несколько кубических дециметров, которые размещаются на стеллажах, обеспечивающих свободное их обтекание воздухом. Основное преимущество применения контейнеров с водой возможность их размещения в виде массивов как в случае с гравийными насадками. Другое преимущество в том, что требуется меньший объём пространства для воды, чтобы аккумулировать то же количество тепла, что и камни. При порозности 50% между контейнерами, вода удерживает 2150 кДж / (м3 град). Камни при 30 % порозности удерживает 1675 кДж / (м3 град). Если контейнеры с водой разместить с 30 % порозностью, то при тех же условиях будет удерживаться 2880 кДж / (м3 град).
Применение пластиковых бутылок, емкостью 0,5.2 л заполненных водой, в качестве теплоаккумулируюшцх элементов позволяет совместить высокую теплоёмкость воды, большие поверхности теплообмена и разнообразие компоновки гравийных насадок.
Использованные пластиковые бутылки являются дешевым материалом. Помимо их промышленной утилизации, они широко используются как качестве элементов АТ [3, с. 50-54]. ПБ изготавливаются из полиэтилентерефталата, обладают высокой прочностью, химической стойкостью, герметичны, долговечны, температура длительной эксплуатации +70 оС, не разрушаются при температуре -60 оС [4, с. 4].
Применение использованных пластиковых бутылок, как емкостей с водой в качестве теплоаккумулирующих элементов позволяет совместить высокую теплоёмкость воды, большие поверхности теплообмена и разнообразие компоновки гравийных насадок. Применение пластиковых бутылок расширяет возможности создания водяных АТ любой ёмкости и конфигурации.
Список литературы / References
1. Николаев К. Солнечные системы с аккумулированием тепла //Энергосбережения, М.: 2007, № 4, с. 14-15.
2. Солнечный дом. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.nashekodom.ru / proect / proekt10. htm / (дата обращения: 05.12.2018).
3. Дусяров А.С., Авезов Р.Р. Температурный режим помещения с рефлекторной пассивной системой солнечного отопления и аккумулятором тепла // Гелиотехника, 2000. -№ 4. с. 50.
4. Гальченко А. Ударопрочный антивандальный листовой материал полиэтилентерефталат. Гельветика Т. webmaster@helvetica —t / ru, 2008. 4 с.
ВЕСТНИК НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ № 17(53). Часть 1. 2018. | 50 |
